Tài liệu Nghiên cứu, thiết kế Robot leo cầu thang

lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van1 of 98.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
----------

BÁO CÁO ĐỒ ÁN MƠN CƠ ĐIỆN TỬ
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ ROBOT LEO CẦU THANG

Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn A
Tên thành viên nhóm:
Trần Văn A

20170000

Lê Minh B

20170000

Nguyễn Văn C

20170000

Hà Nội- 2021
document, khoa luan1 of 98.

0

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()

lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van2 of 98.

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

document, khoa luan2 of 98.

1

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van3 of 98.

.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................

.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH……………………………………………………...5
document, khoa luan3 of 98.

2

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van4 of 98.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT THƠNG MINH…………………7
1.1- Kỷ ngun của robot thơng minh………………………………………...7
1.2- Chiến lược phát triển công nghiệp robot của các quốc gia …………..11
1.2.1- Tại các nước trên thế giới………………………………………….11
1.2.2- Nghiên cứu robot ở Việt Nam………………….…………………13
1.3- Giới thiệu robot vượt địa hình…………………………………………..15
1.4- Sơ lược các bước thực hiện……………………………………………...18
CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT MƠ HÌNH ROBOT LEO CẦU THANG……….20
2.1. Cụm bánh động lực………………………………………………………20
2.2. Cụm thân………………………………………………………………….21
2.3- Cụm nâng robot………………………………………………………….23
2.4- Mơ hình 3D robot leo cầu thang………………………………………..28
CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC;
THIẾT KẾ; TÍNH TỐN KẾT CẤU CƠ KHÍ…………….29

3.1- Tính tốn bậc thang……………………………………………………..29
3.2- Tính tốn động học………………………………………………………31
3.3- Tính tốn động lực học………………………………………………….35
3.4- Tính chọn động cơ trục chính………………………………………….39
3.5-Tính trục cho cụm động cơ dẫn động………………………………….41
3.5.1- Tính tốn đường kính trục……………………………………….41
3.5.2- Tính tốn độ bền mỏi của trục………………………………….42
3.6- Chọn cơ cấu nâng hạ robot leo cầu thang……………………………43
3.6.1- Chọn xy lanh nâng hạ robot………………………………………43
document, khoa luan4 of 98.

3

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van5 of 98.

3.6.2- Kiểm tra độ bền của xy lanh điện hành trình 300mm………….44
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN………………….....46
4.1- Vi điều khiển ATEMEGA328P (Kit Arduino Nano)…………………46
4.2- Module điều khiển động cơ L298P…………………………………….59
4.3- Công tắc hành trình……………………………………………………..65
4.4- Module hạ áp LM2596…………………………………………………..65
4.5- Cảm Biến Khoảng Cách NPN Thường Mở / Mức Thấp…………..…66
4.6- Nguồn cấp cho robot leo cầu thang…………………………………….68
4.7- Module điều khiển động cơ DC BTS 7960 43A………………………..70
4.8- Sơ đồ khối robot tuần tra…………………………………………..…....73

4.9- Sơ đồ mạch thiết kế Altium……………………………………………...75
4.10- Code điều khiển……..………………………………………..…………80
4.11- Thiết kế giao diện điều khiển…………………………………………..82
LỜI KẾT……………………………………………………………………....85
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………....87
PHỤ LỤC 1……………………………………………………………………88

DANH MỤC HÌNH ẢNH
document, khoa luan5 of 98.

4

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van6 of 98.

Hình 1.1- Tay máy SCARA…………………………………………………….9
Hình 1.2- Hệ thống xe AGV trong nhà máy……………………………………9
Hình 1.3- Robot tuần tra………………………………………………………..10
Hình 1.4- I-robot 210 negotiator……………………………………………….16
Hình 1.5- I-robot 710 Warrior…………………………………………………17
Hình 1.6- I-robot 510 Packbot…………………………………………………17
Hình 2.1- Cụm bánh động lực………………………………………………….20
Hình 2.2- Cụm thân…………………………………………………………….22
Hình 2.3- Khung và mơ hình robot leo cầu thang……………………………..28
Hình 3.1- Kích thước bậc thang………………………………………………..29
Hình 3.2- Thiết kế sơ bộ kích thước robot leo cầu thang………………………30

Hình 3.3- Hệ tọa độ robot………………………………………………………31
Hình 3.4- Mơ hình phân tích lực bánh sau của robot…………………………..35
Hình 3.5- Động cơ GM25-370…………………………………………………40
Hình 3.6- Đồ thị phương trình đường cong mỏi………………………………42
Hình 3.7- Xy lanh điện hàng trình 300mm…………………………………….44
Hình 4.1- Vi điều khiển Atemega328P………………………………………...46
Hình 4.2- Sơ đồ chân vi điều khiển ATEMEGA328P………………………...54
Hình 4.3- Kit Arduino Nano với vi điều khiển ATEMEGA328P…………….55
Hình 4.4- Sơ đồ chân Arduino Nano………………………………………….56
Hình 4.5- Mơ đun điều khiển động cơ L298N………………………………..59
Hình 4.6- Mơ hình mạch cầu H………………………………………………..60
Hình 4.7- Động cơ quay thuận…………………………………………………61
document, khoa luan6 of 98.

5

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van7 of 98.

Hình 4.8- Động cơ quay nghịch………………………………………………..62
Hình 4.9- Sơ đồ chân kết nối…………………………………………………...63
Hình 4.10- Sơ đồ mạch ngun lí mơ đun điều khiển động cơ L298N……….64
Hình 4.11- Cơng tắc hành trình………………………………………………...65
Hình 4.12- Module LM2596…………………………………………………...66
Hình 4.13- Cảm Biến Khoảng Cách NPN E18-DNK30……………………….67
Hình 4.14- Pin cell 18650 Samsung 2600mA…………………………………69

Hình 4.15- Module điều khiển động cơ DC BTS 7960 43A…………………..71
Hình 4.16- BTS 7960 43A Pinout…………………………………………...…72
Hình 4.17- Sơ đồ khối ngun lí hoạt động robot leo cầu thang………………74
Hình 4.18- Phần mềm thiết kế mạch Altium…………………………………...76
Hình 4.19- Sơ đồ mạch nguyên lí của mạch điều khiển……………………….77
Hình 4.20- Mạch chia áp……………………………………………………….78
Hình 4.21- Mạch 2D PCB……………………………………………………...79
Hình 4.22- Mạch 3D PCB……………………………………………………...80
Hình 4.23- Giao diện lập trình trên phần mềm Arduino IDE………………….82
Hình 4.24- Giao diện quản lí project…………………………………………...83
Hình 4.25- Giao diện thiết kế…………………………………………………..83
Hình 4.26- Giao diện app điều khiển robot nhóm tự thiết kế………………….84

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT THÔNG MINH

document, khoa luan7 of 98.

6

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van8 of 98.

Cùng với sự tiến bộ của công nghệ thông tin, robot hiện nay đã trở nên thơng
minh hơn thế hệ robot truyền thống. Chúng đóng vai trị ngày càng quan trọng
trong sản xuất thơng minh, hệ thống vận chuyển thông minh, internet vạn vật,
dịch vụ thông minh và sức khỏe y tế. Trong thời gian tới, robot thơng minh sẽ

tiếp tục được tích hợp mở rộng nhiều công nghệ tiên tiến nhất như: cộng tác
người - robot, truyền động tích hợp thơng minh, nhận biết cảm xúc, giao diện
máy tính - bộ não, mạng dữ liệu lớn, phần mềm sinh học và nền tảng đám mây...

1.1- Kỷ ngun của robot thơng minh

Năm 2015 chính thức đánh dấu sự ra đời của robot thông minh cùng với sự
nổi lên của trí tuệ nhân tạo. Như vậy, công nghệ robot, công nghệ thông tin,
công nghệ truyền thông và trí thơng minh nhân tạo chắc chắn sẽ được tích hợp
sâu sắc hơn. Robot đang chào đón một kỷ nguyên thông minh mới sau một thời
gian dài dừng chân tại thời kỳ của kỹ thuật điện và kỹ thuật số. Tồn bộ q
trình thay đổi này cho thấy ba điều sau: trước tiên, các công nghệ công nghiệp
truyền thống như bộ điều khiển, động cơ servo và bộ giảm tốc đã chuyển đổi
thành cơng nghệ trí thơng minh nhân tạo như thị giác máy tính, xử lý ngơn ngữ
tự nhiên và học sâu; thứ hai, robot đang thu hút sự quan tâm từ cả những người
sử dụng trong công nghiệp và thương mại, trong hộ gia đình và mỗi cá nhân,
chứng tỏ robot ngày càng hòa nhập sâu rộng vào xã hội loài người; thứ ba, mối
quan hệ qua lại độc lập giữa người và robot được thay thế bởi sự tương tác chặt
chẽ.
Robot thông minh là một hệ thống máy được cải thiện về khả năng nhận thức,
ra quyết định và thực thi nhiệm vụ theo cách toàn diện hơn so với robot truyền
thống. Chúng có thể mơ phỏng ứng xử, cảm xúc và suy nghĩ giống người. Với
một “bộ não” thơng minh, robot có thể thực hiện theo chỉ dẫn của người vận
hành, sau đó hồn thành nhiều nhiệm vụ đã được lập trình trước, tự học và nâng
cấp ứng xử của chúng trong lúc tương tác với con người. Thực tiễn cho thấy, vai
document, khoa luan8 of 98.

7

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()

lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van9 of 98.

trị của robot thơng minh trong cuộc sống xã hội và sản xuất sẽ ngày càng trở
nên quan trọng. Xuất phát từ môi trường ứng dụng, có thể phân chia robot thơng
minh thành các loại robot sau:
Robot công nghiệp: thường là tay máy nhiều khớp (nhiều bậc tự do) ứng dụng
trực tiếp cho công nghiệp và là robot chiếm hơn 60% giá trị thị trường robot
tồn cầu. Đây là thiết bị máy ln ứng dụng đầu tiên những kết quả nghiên cứu
phát triển công nghệ mới nhất để có thể tự điều khiển và hồn thành rất nhiều
công việc khác nhau. Mỗi một khớp của robot là một khối chức năng đơn lẻ
được dẫn động bằng động cơ servo hoặc động cơ bước, có thể vận hành theo
quỹ đạo được điều khiển để đạt tới điểm và hướng nào đó trong khơng gian.
SCARA robot là loại robot trụ được sử dụng nhiều trong sản xuất cơng nghiệp,
có thể làm việc trên mặt phẳng và lắp ráp thẳng đứng. Tay máy song song nhiều
bậc tự do có ứng xử bền vững với sai lệch động lực học, khơng có sai lệch tích
lũy và có thể đạt tới độ chính xác cao với cấu trúc gọn nhẹ, độ cứng cao và khả
năng tải lớn.

document, khoa luan9 of 98.

Hình 1.1- Tay máy SCARA
8

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()

lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van10 of 98.

Xe tự dẫn hướng (AGV) được trang bị thiết bị dẫn hướng tự động là cảm
biến điện từ hoặc quang, có thể di chuyển dọc theo đường dẫn biết trước đảm
bảo an tồn, và có thể hồn thành nhiều cơng việc vận chuyển.

Hình 1.2- Hệ thống xe AGV trong nhà máy

Robot dịch vụ trong nhà: ví dụ như robot qt và lau cửa sổ, có thể làm việc
giống trợ lý giúp việc trong hộ gia đình. Chúng cũng có khả năng tìm kiếm thăm
dị, tự động lập kế hoạch đường đi và tránh vật cản. Nhiều loại robot dịch vụ
khác, như robot xã hội hóa gia đình, robot bầu bạn, robot trợ lý di động, robot
huấn luyện thú cưng, đều có khả năng tương tác với người, cũng như hoàn thành
các nhiệm vụ được giao, chăm nom người già và trẻ nhỏ, nhắc nhở sự kiện và
tuần tra nhà. Bên cạnh đó, cịn có robot giao tiếp cảm xúc, robot giáo dục trẻ
nhỏ, robot nền học thông minh, UAV cá nhân, robot di động cá nhân... được hỗ
trợ thêm cơng nghệ tương tác giọng nói cho phép tương tác giao tiếp và cảm
nhận cảm xúc của con người. Nhiều robot dịch vụ thương mại, bao gồm cả robot
nhận thức, robot hướng dẫn mua hàng, robot nấu ăn, robot văn phịng, robot an
ninh... có thể tùy biến dịch vụ cá nhân theo tình huống ứng dụng cụ thể và hoàn
document, khoa luan10 of 98.

9

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van11 of 98.

thành nhiều nhiệm vụ như quảng cáo, cung cấp chỉ dẫn, tư vấn hỗ trợ, trợ lý
cơng việc văn phịng, thực hiện tuần tra an ninh...

Hình 1.3- Robot tuần tra

Robot chun dụng (hay cịn gọi là robot đặc biệt): là những robot ứng dụng
cho môi trường đặc biệt. Chúng có thể hỗ trợ để hồn thành nhiều nhiệm vụ
trong môi trường nguy hiểm và hỗn loạn hoặc cơng việc u cầu độ chính xác
cao. Ví dụ: robot y học cung cấp giải pháp tiên tiến để điều trị phẫu thuật và
phục hồi chức năng, chúng giảm thiểu những khó khăn của điều trị và khám
bệnh, đồng thời rút ngắn thời gian hồi phục, như robot phẫu thuật, robot chỉnh
hình, robot nội soi, robot phục hồi chức năng, bộ phận giả thông minh, robot
phục vụ người cao tuổi và robot điều dưỡng. Robot quân sự (trinh sát do thám,
phá mìn, UAV...) đã có một lịch sử phát triển dài và đã được đưa vào chiến
trường để vận chuyển nguyên vật liệu, tìm kiếm và khảo sát, tấn công mục tiêu,
cứu hộ, chống khủng bố... Liên quan tới mục đích khám phá cịn có robot khơng
gian, robot dưới nước, robot đường ống... là những loại robot có thể thực hiện
nhiều nhiệm vụ khó khăn thay cho con người. Ngồi ra, cịn một số dạng robot
document, khoa luan11 of 98.

10

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van12 of 98.

cho nghiên cứu khoa học và ứng dụng mũi nhọn như robot nano, robot sinh học,
robot bầy đàn...
Công nghệ robot là một công nghệ phức tạp và tiên tiến liên quan đến đa lĩnh
vực và liên ngành, bao gồm cơ khí - điện tử, điều khiển tự động, cơng nghệ cảm
biến, cơng nghệ máy tính, vật liệu mới, cơng nghệ sinh học và trí thơng minh
nhân tạo (sẽ cịn tiếp tục được tích hợp mở rộng). Nó được cơng nhận là một
lĩnh vực cơng nghệ cao có ảnh hưởng quan trọng tới sự phát triển của những
công nghệ đang nổi trong tương lai. Như là một một nền tảng cơng nghệ quan
trọng, nó khơng chỉ hỗ trợ chủ đạo cho phát triển sản xuất tiên tiến, mà còn giúp
mang tới cho cuộc sống nhiều biến đổi đột phá.

1.2- Chiến lược phát triển công nghiệp robot của các quốc gia
1.2.1- Tại các nước trên thế giới
Công nghiệp robot thông minh là một tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá mức
độ tân tiến về công nghệ và cấp độ sản xuất cao nhất của một quốc gia. Để nắm
bắt cơ hội phát triển và chiếm vị thế cạnh tranh mũi nhọn trong lĩnh vực này,
những nền kinh tế chủ lực trên thế giới đã liên tục đề ra các chiến lược phát triển
công nghiệp robot. Một số quốc gia đầu tư sớm đã thu được nhiều thành quả
xứng đáng như: Hoa Kỳ, một số quốc gia châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc...
Hoa Kỳ: là quốc gia đầu tiên phát triển và xúc tiến đẩy mạnh ứng dụng robot,
nước này hiện đang giữ vai trò dẫn đầu trong công nghệ robot thông minh. Năm
2011, Hoa Kỳ đã bắt đầu thực hiện kế hoạch Chung tay cùng sản xuất tiên tiến
(Advanced Manufacturing Partnership - AMP), trong đó tuyên bố tiếp sức cho
công nghiệp sản xuất bằng robot, phát triển một thế hệ robot thông minh mới
dựa trên việc khai thác thế mạnh của công nghệ thông tin, đồng thời đầu tư 70
triệu USD cho nghiên cứu những robot thế hệ tiếp theo. Cùng năm đó, Trường
Đại học Carnegie Mellon đã khởi công kế hoạch robot quốc gia (National Robot
Plan), nhắm mục tiêu giúp Hoa Kỳ giữ vững vai trò dẫn đầu trong giai đoạn kế

document, khoa luan12 of 98.

11

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van13 of 98.

tiếp của công nghệ robot và ứng dụng. Năm 2013, nước này phát hành cuốn
“The Robot Roadmap: From Internet to robot”, đặt robot vào vị trí quan trọng
ngang bằng với internet thế kỷ XX, và nhấn mạnh tầm quan trọng của công nghệ
robot trong sản xuất và sức khỏe y tế. Phiên bản mới nhất của “The Robot
roadmap” đã được phát hành năm 2016, đưa ra hướng dẫn về chính sách và kỹ
thuật cho việc ứng dụng robot trong thiết bị lặn không người lái, cộng tác người
- robot và giáo dục chăm sóc sức khỏe. Trong cùng năm, kế hoạch robot quốc
gia 2.0 đã được thực hiện, nhằm tạo ra hàng loạt robot cộng tác giúp thiết lập
một mối quan hệ cộng sinh giữa robot và con người.
Châu Âu: Tại đây, đổi mới công nghệ robot đã và đang là một lĩnh vực chủ
đạo được ưu tiên, được đưa vào các chương trình nghị sự cũng như kế hoạch
nghiên cứu phát triển của khu vực. Năm 2013 “Kế hoạch công nghiệp 4.0” của
Đức cũng dự định duy trì vai trị tiên phong của họ trong công nghiệp chế tạo,
đồng thời coi công nghệ sản xuất thông minh và công nghệ robot như là sự khởi
đầu của cách mạng cơng nghiệp mới. Trong năm đó, Pháp đã đầu tư 129,6 triệu
USD vào công nghiệp robot với mục đích tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển
bền vững của công nghiệp robot. Năm 2014, Hội đồng chung châu Âu và Hiệp
hội robot châu Âu đã tài trợ để hiện thực hóa Kế hoạch nghiên cứu phát triển
robot châu Âu, đây là kế hoạch cải tiến đổi mới robot tự phục vụ phi chính phủ

lớn nhất trên thế giới với 2,8 tỷ EURO tiền đầu tư đến năm 2020. Kế hoạch này
được kỳ vọng tạo ra 240.000 công việc và tập hợp được sức mạnh của hơn 200
công ty cùng 12.000 nhà nghiên cứu phát triển để kích thích ứng dụng robot
trong sản xuất, nơng nghiệp, chăm sóc sức khỏe, vận chuyển, an tồn và gia
đình.
Nhật Bản: là một cường quốc robot, Nhật Bản đã đề ra chiến lược phát triển
dài hạn cho ngành công nghệ này. Chính phủ Nhật Bản dự tính đổ nhiều tiền cho
phát triển công nghiệp robot, đưa lĩnh vực này trở thành một trụ cột quan trọng
hỗ trợ tăng trưởng kinh tế quốc gia. Tháng 6/2014, Chiến lược phục hồi Nhật
Bản đã được đề xuất với mục tiêu phát động một cuộc cách mạng công nghiệp
document, khoa luan13 of 98.

12

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van14 of 98.

mới được vận hành bởi robot. Tiếp đó, Ủy ban cải cách robot được thành lập,
phát triển robot công nghiệp được đưa vào danh sách 3 nhiệm vụ chủ đạo trong
thế kỷ mới. Năm 2015, Chiến lược mới về robot đã được ban hành, nhằm tích
hợp sâu robot với cơng nghệ máy tính, dữ liệu lớn, mạng và trí thơng minh nhân
tạo, với chủ đích tạo ra một nền công nghiệp robot đẳng cấp thế giới, xây dựng
một xã hội ứng dụng robot và trở thành nước dẫn đầu về robot thông minh trong
thời đại mới.
Hàn Quốc: quốc gia này hiện đang xem robot thông minh là 1 trong 10
phương tiện để thúc đẩy tăng trưởng kinh tế quốc gia trong thế kỷ XXI. Kế

hoạch phát triển robot thông minh được xây dựng vào năm 2009. Chính phủ hy
vọng sẽ nâng cao được tính cạnh tranh của cơng nghiệp robot nội địa, từng bước
hồn thành chuyển đổi từ robot sản xuất truyền thống sang robot dịch vụ thơng
minh, thơng qua một chuỗi chính sách tích cực trong nghiên cứu và phát triển
công nghệ. Trong cùng năm này, Chiến lược phát triển công nghiệp robot dịch
vụ đã được xây dựng, với hy vọng đưa công nghiệp robot của Hàn Quốc xếp
hạng cao trên thế giới. Năm 2012, Chính phủ khởi cơng Chiến lược Robot tương
lai 2022, với kinh phí đầu tư 350 tỷ won để mở rộng gấp 10 lần quy mô công
nghiệp robot hiện tại (tăng giá trị từ 2 nghìn tỷ won thành 25 nghìn tỷ won vào
năm 2022). Chiến lược này tập trung vào phát triển robot cứu hộ, robot y tế,
robot công nghiệp thông minh và robot sử dụng trong nhà, nhằm phát triển robot
như là một công nghiệp trụ cột, cuối cùng nắm lấy thời đại robot. Dựa vào chiến
lược này, Bộ Kinh tế tri thức đã đề ra Kế hoạch hành động lần thứ hai về robot
thông minh (2014-2018), trong đó yêu cầu nâng cao GDP robot quốc nội lên tới
20 nghìn tỷ won và xuất khẩu robot lên tới 7 tỷ USD, chiếm vị trí thứ 3 trên thế
giới về robot cơng nghiệp.
Ngồi ra, một số quốc gia đã và đang âm thầm xây dựng chiến lược phát triển
phù hợp với mục đích của họ, ví dụ như Trung Quốc - quốc gia hiện đang sử
dụng robot công nghiệp nhiều nhất trên thế giới.
document, khoa luan14 of 98.

13

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van15 of 98.

1.2.2- Nghiên cứu robot ở Việt Nam
Tại Việt Nam, nghiên cứu phát triển robot đã và đang được triển khai ở hầu
hết các trường đại học, viện nghiên cứu trong cả nước. Trong đó, nổi bật ở Hà
Nội là Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Công nghệ thông tin, Viện Cơ
học (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam), Học viện Kỹ thuật Quân
sự, Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học và Tự động hố; ở TP Hồ Chí Minh là
Trường Đại học Bách khoa, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Viện Cơ học và
Tin học Ứng dụng, Phân viện Nghiên cứu điện tử, Tin học và Tự động hóa,
Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển (Khu Công nghệ cao TP Hồ Chí Minh)...
Đội ngũ nhà khoa học đã quan tâm và tập trung giải quyết một số vấn đề liên
quan tới hệ thống robot như thiết kế tối ưu, động học, động lực học, điều khiển,
thiết kế phần cứng, lập trình phần mềm... song những nghiên cứu này phần lớn
liên quan tới vấn đề học thuật, tạo cơ sở khoa học làm nền tảng ban đầu cho giai
đoạn phát triển robot tiếp theo. Nhìn chung, nghiên cứu và ứng dụng robot ở
Việt Nam vẫn còn nhiều hạn chế, nổi bật là những vấn đề sau:
- Đào tạo nguồn nhân lực và nghiên cứu chuyên sâu về robot còn yếu và
thiếu, như thiếu mơ hình robot vật lý, thiết bị cho thí nghiệm, thử nghiệm... Kết
quả thi Robocon của sinh viên Việt Nam so với sinh viên nước bạn là đáng ghi
nhận, nhưng điều này chỉ phản ánh được phần nào về mặt ý tưởng.
- Robot được chế tạo tại Việt Nam cịn rất ít và hầu hết sử dụng cơng nghệ cũ
của thế giới, chưa có đủ khả năng làm chủ công nghệ cũng như phát triển công
nghệ phù hợp.
- Robot công nghiệp đã được quan tâm nghiên cứu nhưng mới chỉ dừng ở
việc đưa ra mơ hình và đi tìm thuật tốn giải bài tốn động lực học cho robot
phục vụ điều khiển chuyển động, chưa chủ động được quá trình thiết kế và chế
tạo robot đáp ứng yêu cầu cụ thể. Nhiều vấn đề mới đang được quan tâm trên
thế giới nhằm nâng cao kỹ năng động lực học và khả năng ứng xử thông minh
document, khoa luan15 of 98.

14

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van16 of 98.

giống con người cho robot chưa có điều kiện để nghiên cứu sâu ở Việt Nam như:
vấn đề tránh vật cản, tránh điểm kỳ dị… và đặc biệt là vấn đề tương tác lực của
robot với mơi trường trong q trình thực hiện nhiệm vụ chuyển động.
- Robot nói chung và robot cơng nghiệp thơng minh nói riêng đang được sử
dụng tại Việt Nam phần lớn được nhập khẩu. Có rất ít cơng ty sản xuất và phân
phối sản phẩm trong nước. Nếu có thì hầu hết sản phẩm thuộc phân loại robot
công nghiệp truyền thống, hạn chế về tính thơng minh, bậc tự do, kỹ năng động
lực học nâng cao...
Xu hướng chuyển dịch sản xuất từ các nước phát triển sang các nước đang
phát triển trong thập kỷ vừa qua, tất yếu làm gia tăng nhu cầu sử dụng robot
công nghiệp ở thị trường các nước đang phát triển. Tuy nhiên, việc hấp thụ công
nghệ và sử dụng hệ thống robot công nghiệp hiện đại, đa năng tại doanh nghiệp
vừa và nhỏ ở Việt Nam cịn gặp khó khăn về mặt chi phí (giá quá cao) và không
hiệu quả về mặt ứng dụng (không sử dụng hết chức năng sẵn có của robot).

1.3- Giới thiệu robot vượt địa hình
Cùng với sự phát triển của rất nhiều loại robot phục vụ cho các nhu cầu khác
nhau của con người, robot vượt địa hình cũng là loại hình robot được rất nhiều
nước quan tâm nghiên cứu và sản xuất nhờ vào các ứng dụng rộng rãi của nó đối
với đời sống hàng ngày.
Sự phát triển của nền kinh tế, sức khỏe và tính mạng của mỗi con người càng
ngày càng được đề cao. Chính vì vậy, trong những điều kiện làm việc độc hại

hoặc nguy hiểm, robot điều khiển từ xa vượt địa hình sẽ được áp dụng để hoạt
động thay cho con người.
Cùng với Nhật Bản, Hoa Kì là nước đi tiên phong trong việc ứng dụng robot
vào đời sống hàng ngày. Công ty I-robot là một công ty sản xuất robot lớn nhất
của Hoa Kì, chuyên nghiên cứu và cung cấp các loại robot vượt địa hình phục
document, khoa luan16 of 98.

15

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van17 of 98.

vụ các nhu cầu khác nhau của con người. Dưới đây là một số mẫu robot của
cơng ty trên.

Hình 1.4- I-robot 210 negotiator
Robot này chun làm nhiệm vụ xâm nhập, do thám vào những vùng nguy
hiểm. Chẳng hạn như vào trong một tòa nhà đang cháy, tìm người bị nạn thay
cho lực lượng cảnh sát phòng cháy chữa cháy hoặc được dùng trong các nhiệm
vụ giải cứu con tin của cảnh sát, với camera truyền hình ảnh trực tiếp về người
điều khiển, ta có thể biết vị trí của tội phạm cũng như tình hình của các con tin.

Hình 1.5- I-robot 710 Warrior
document, khoa luan17 of 98.

16

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van18 of 98.

Robot này chuyên dùng trong quân đội, nó như một chiến binh, mang tất cả
các khí tài quân sự cũng như vận chuyển các robot khác phục vụ tác chiến.

Hình 1.6- I-robot 510 Packbot
Robot này ngồi nhiệm vụ vượt địa hình để thâm nhập do thám những nơi
nguy hiểm, nó cịn được trang bị cánh tay máy để gắp các vật, đặc biệt là để
phục vụ trong cơng tác tháo gỡ bom mìn.
Khi chọn đề tài này, chúng em muốn biến những ý tưởng về robot vượt địa hình
nói riêng khơng chỉ dừng lại ở quy mô trong trường học, trong những cuộc thi
mà con áp dụng rộng rãi trong cuộc sống. Địa hình cầu thang là một loại địa
hình rất phức tạp, chính vì thế, vượt được cầu thang thì ứng dụng của loại robot
này thực sự rộng rãi, thay thế dần con người ở những khu vực nguy hiểm
1.4- Sơ lược các bước thực hiện
a) Phân tích và lựa chọn phương án
Đây là bước đầu tiên của quá trình thiết kế nhằm đưa ra hướng giải quyết vấn
đề:
- Đề xuất phương án khả thi: cơ khí, điện, điều khiển
- Đánh giá và lựa chọn phương án thiết kế.
- Tìm hiểu và đánh giá các thiết bị trên thị trường để thực hiện phương án:
động cơ, vi điều khiển….
document, khoa luan18 of 98.

17

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van19 of 98.

b) Thiết kế hệ thống điện – điện tử
Với các phương án điện đã chọn, tiến hành lựa chọn thông số và sử dụng các
thiết bị, kết hợp các thiết bị thành một khối hoàn chỉnh. Công việc bao gồm:
 Lựa chọn thông số vi điều khiển, các mô đun công suất và cảm biến.
 Sử dụng được các cảm biến của robot, thiết kế bộ điều khiển sử dụng hồi
tiếp vận tốc để điều khiển động cơ.
c) Xây dựng giải thuật điều khiển
Tiến hành thiết kế các giải thuật điều khiển cho robot với các công việc sau:
 Thiết kế giải thuật điều khiển robot leo cầu thang để đáp ứng các yêu cầu.
d) Lập trình
Lập trình trên máy tính và vi điều khiển, các cơng việc gồm:






Lập trình giải thuật đường đi đến vị trí nhận diện được bậc thang.
Gửi dữ liệu đã xử lý cho robot.
Lập trình vi điều khiển trên robot
Nhận dữ liệu từ smartphone, thực hiện di chuyển.

Gửi về màn hình LCD những thơng số về trạng thái của robot.

e) Thực nghiệm và đánh giá kết quả
- Tiến hành thực nghiệm.
- Đánh giá kết quả thực nghiệm, nêu lên những hạn chế của giải thuật và
mơ hình

document, khoa luan19 of 98.

18

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van20 of 98.

CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH ROBOT LEO CẦU THANG
2.1. Cụm bánh động lực
Yêu cầu đặt ra là bánh động lực cần phải chịu tải tốt, ma sát giữa bánh với
mặt nền xưởng phải thật lớn để tránh bị trượt khi di chuyển, gây ra sự khơng ổn
định của xe trong q trình làm việc. Vì vậy nhóm đề xuất sử dụng cụm bánh
động lực như sau:

document, khoa luan20 of 98.

19

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()

lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van21 of 98.

Hình 2.1- Cụm bánh động lực

ST
T

TÊN
CHI
TIẾT

HÌNH ẢNH

document, khoa luan21 of 98.

20

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()

VẬT PHƯƠN
LIỆ G PHÁP
U
GIA
CÔNG

lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van22 of 98.

1

Bánh
xe

2

Động
cơ

Cao
su,
nhựa

2.2. Cụm thân
- Đảm bảo được sự vững chắc để xe hoạt động an toàn trong quá trình di chuyển.
- Khả năng nâng hạ trơn chu để thuận tiện cho điều khiển.
- Phù hợp với kích thước của khung xe
Nhóm đề xuất mơ hình cụm module thân xe như sau:

document, khoa luan22 of 98.

21

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()

lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van23 of 98.

Hình 2.2- Cụm thân

ST
T

TÊN
CHI
TIẾT

1

Mặt
đáy

HÌNH ẢNH

document, khoa luan23 of 98.

22

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()

VẬT
LIỆ
U

PHƯƠN
G PHÁP
GIA
CÔNG

Mica

Cắt lazer


lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van24 of 98.

2

2 tấm
cạnh

Mica

Cắt lazer

3

Mặt
trước

Mica

Cắt lazer

4

Tấm
sau

Mica

Cắt lazer

5

Tấm
mặt
trên

Mica

Cắt lazer

document, khoa luan24 of 98.

23

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()


lOMoARcPSD|16911414

tai lieu, luan van25 of 98.

6

Bánh
xe
dẫn
hướn
g

Cao
su +
nhô
m

Lắp ghép

2.3- Cụm nâng robot
ST
T

TÊN
CHI
TIẾT

HÌNH ẢNH

document, khoa luan25 of 98.

24

Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ()

VẬT PHƯƠN
LIỆU G PHÁP
GIA
CÔNG